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Dr.ssa Giorgia Borriello Dipartimento Sanità Animale Istituto Zooprofilattico Sperimentale del Mezzogiorno
Montichiari (BS), 8 settembre 2016
“STUDIO DELLA VARIAZIONE DEL MICROBIOTA GASTROINTESTINALE IN
BUFALE SOTTOPOSTE A DIVERSO REGIME ALIMENTARE”
BANDO “SPORTELLO DELL’INNOVAZIONE”: Progetti di Trasferimento Tecnologico Cooperativi e di Prima
Industrializzazione per le Imprese Innovative ad Alto Potenziale
BANDO SPORTELLO DELL’INNOVAZIONE
PROGETTO “TR.I.S. – TRasferimento tecnologico e di prima Industrializzazione per le produzioni di
pomodoro e recupero dei relativi Scarti di produzione”
TR.I.S.: OPPORTUNITÀ PROGETTUALI Diverse linee di ricerca concentrate sulla CATENA DEL POMODORO, con svariate possibilità applicative:
• estrarre LICOPENE per produrre semilavorati o preparati alimentari
• creare MANGIMI BIOLOGICI utilizzando gli scarti di lavorazione
BANDO SPORTELLO DELL’INNOVAZIONE – Progetto TR.I.S.
Scopo dello studio
BANDO SPORTELLO DELL’INNOVAZIONE – Progetto TR.I.S.
Caratterizzazione del MICROBIOTA del tratto gastrointestinale TGI di bufale mediterranee
Valutazione della variazione della comunità microbica del TGI in bufale alimentate con mangime addizionato di buccette e semi di pomodoro insilate
Il microbiota nell’uomo
Microbiota insieme delle specie microbiche presenti in una determinata matrice/organo
Nel tratto gastro-intestinale dell’uomo albergano da 30 a 400 trilioni di cellule microbiche (in un adulto di 70 kg. il microbiota pesa 3,5 Kg!), mentre il corpo umano è costituito complessivamente da 30-40 trilioni di cellule
Il 90% cellule di uomo e animali sono in realtà di origine microbica
Solo l’1% del DNA presente
nell’organismo è umano o animale, il rimanente 99% appartiene al microbioma
Il microbiota nell’uomo
Microbiota
dieta
stile di vita
antibiotici
SALUTE
allergie, asma
obesità
infezioni
risposta infiammatoria
integrità delle mucose
etc…. umore, stati depressivi
ambiente
Stato fisiologico
età
Il microbiota negli animali
Microbiota Animale Lo stato di salute Il benessere La fisiologia pH ruminale L’accrescimento La composizione del latte (tenore in grasso, in lattosio e proteine) la qualità della carne
influenza
Next Generation Technology - 16S rRNA sequencing
Flusso operativo dello studio
feci Estrazione
DNA Sequenziamento
Analisi tassonomica
Caratterizzazione comunità microbica
Phylum – classe – ordine – famiglia – genere – specie
Definizione di OTUs (Operational Taxonomic
Units)
Campionamento
Study design
Due gruppi di bufale (n=10) omogenei per produzione, età, distanza dal parto
TRATTATI 15 kg insilato buccette 15 kg trebbie di birre 4 kg farinaccio 2 kg fieno erba medica 4 kg fieno di loietto
CONTROLLI 17 kg insilato mais 6 kg insilato triticale 5.5 kg mangime 3 kg fieno 1.6 kg soia 120 g carbonato calcio 50 g fertiplus 40 g sale 1:3
Prove di digeribilità in vivo e in
vitro
Digeribilità ottimale
Buon apporto di fibra, grassi
e proteine
3 settimane adattamento +
3 settimane dieta
NGS – alpha diversity
Variabilità e abbondanza delle specie microbiche nel TGI bufalino
7˙560 ˙618 sequenze di alta qualità OTUs rilevate nei tratti del TGI
Regione OTUs Chao1 Shannon
rumine 721.7 ± 80 1099.7 ± 110 8.0 ± 0.6
grosso intestino 553.1 ± 178 928.4 ± 275 6.8 ± 1.6
feci 632.4 ± 102 1052.8 ± 173 7.5 ± 0.7
***
α diversity: diversità di OTUs rinvenute all’interno del campione
ricchezza e abbondanza di OTUs diverse
variabilità e frequenza di OTUs diverse
NGS – beta diversity - PCoA RUMINE INTESTINO
FECI
β diversity: diversità di OTUs rinvenute tra i campioni
Variabilità e abbondanza delle specie microbiche nel TGI bufalino
NGS – beta diversity - Phyla
Tenericutes Verrucomicrobia
Variabilità e abbondanza delle specie microbiche nel TGI bufalino
NGS – beta diversity - Phyla
TRATTATI P value
↓ CHLAMYDIAE 0.016
↓ FIRMICUTES 0.047
↓ TM7 0.045
Variabilità e abbondanza delle specie microbiche nel TGI bufalino
NGS – beta diversity - Phyla
No differenze significative
Variabilità e abbondanza delle specie microbiche nel TGI bufalino
NGS – beta diversity - generi TRATTATI P value
RUMINE ↑ PREVOTELLA ↑ EUBACTERIUM
↑ RUMINOCOCCUS ↓ BUTYRIVIBRIO
0.0069 0.0239 0.0140
0.00023
INTESTINO 44 GENERI (freq. >2%) < 0.05
INTESTINO ↓ PREVOTELLA ↓ TURICIBACTER ↓ CLOSTRIDIUM
0.0087 0.0188 0.0077
FECI 22 GENERI (freq >2%) < 0.05
FECI ↓ VEILLONELLACEAE 0.0133
Variabilità e abbondanza delle specie microbiche nel TGI bufalino
Complessità del microbiota
Conclusioni
Le comunità batteriche del TGI bufalino appaiono costituite da un “core microbiota”
L’alimentazione influenza l’abbondanza e la tipologia delle OTUs che costituiscono il microbiota del TGI
Essenziale per la fisiologia animale
Complessità del microbiota
Conclusioni
Il rapporto Firmicutes:Bacteroidetes è stato correlato all’obesità nell’uomo e al tenore in grassi del latte in bovini
Complessità del microbiota
Conclusioni
Ruminococcaceae, Lachnospiraceae e Clostridiaceae contribuiscono alla fermentazione del mangime anche nel grosso intestino Prevotella ha un’azione benefica per la funzionalità del rumine; correlata alla produzione e alla % grassi nel latte; può influenzare sull’attecchimento di probiotici (Lactobacillus e Bifidobacterium)
Complessità del microbiota Faecalibacterium è stato direttamente collegato all’accrescimento ponderale e alla protezione da patogeni Butyrivibrio e Pseudobutyrivibrio importanti per la produzione di butirrato (mucose, risposta infiammatoria, azione anticancerogena, assimilazione nutrienti)
Conclusioni
Conclusioni Gli studi sul microbiota sono in continuo aumento e possono rappresentare utili strumenti applicativi per la definizione di protocolli nutrizionali in grado di influenzare lo stato di salute, di benessere e la produttività degli animali da reddito
Conclusioni